高性能鋰硫電池正極材料的制備及性能.pdf

1、近年來，鋰硫電池由于其具有超高的理論比容量(1672mAh g-1)、理論比能量(2600Wh kg-1)、硫的來源廣泛以及綠色無污染等優(yōu)點吸引了全球研究者的密切關注。然而，由于單質硫及其放電產(chǎn)物Li2S的絕緣性，硫在充放電過程中的體積變化和多硫化物易溶于電解液所造成的“穿梭效應”都限制了鋰硫電池的實際應用和發(fā)展。目前關于鋰硫電池的研究當中，碳/硫復合材料的研究最為廣泛，也是公認的最具潛力的正極材料。本文主要通過制備出介孔摻氮碳基材料以

2、及碳納米管-介孔碳材料進行載硫來解決鋰硫電池所面臨的一系列問題。
　　(1)介孔摻氮碳基材料用于鋰硫電池的正極材料研究。
　　首先，介孔碳可以通過介孔的毛細作用限制多硫化物的溶出，從而減少甚至消除充放電過程中的“飛梭效應”;此外，有研究表明，氮摻雜的碳基材作為硫載體，在充放電過程中氮原子與硫原子之間可以形成氮硫鍵，從而固定住硫。本文以魔芋精粉作為碳源，三聚氰胺作為氮源以及氫氧化鉀作為活化劑，通過高溫碳化并制孔，制備出具有高比

3、表面積的摻氮介孔碳基材料。電化學測試結果顯示，該復合材料在0.5C倍率下循環(huán)200圈后可逆容量為532mAh g-1，展現(xiàn)出了較好的循環(huán)性能。此外，循環(huán)過程中的庫倫效率始終保持在98％左右。
　　(2)碳納米管-介孔碳材料用于鋰硫電池的正極材料研究。
　　碳納米管具有良好力學性能、導電和導熱性能，使其能夠成為鋰硫電池優(yōu)秀的導電添加劑。本實驗中，以碳納米管為基體，通過水熱法在碳納米管外管壁上包覆一層水熱碳.，隨后高溫處理除去水

4、熱碳中的含氧基團，并同時制孔得到碳納米管-介孔碳材料。最后利用熱熔法將升華硫載入碳納米管-介孔碳的介孔中，得到碳納米管-介孔碳/硫復合材料。介孔碳為硫提供了充分的儲存空間，碳納米管發(fā)揮了其優(yōu)異的導電性能，作為導電橋梁，大大縮短了離子與電子的傳輸路徑。電化學性能測試表明，該復合材料在0.2C的倍率下循環(huán)200圈具有653mAh g-1的放電比容量，當倍率增加到1C時，循環(huán)200圈后的放電比容量仍高達569mAh g-1，表現(xiàn)出了極其優(yōu)異的